EP4205264A1 - Elektrische maschinenanordnung - Google Patents

Elektrische maschinenanordnung

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Publication number
EP4205264A1
EP4205264A1 EP21749087.9A EP21749087A EP4205264A1 EP 4205264 A1 EP4205264 A1 EP 4205264A1 EP 21749087 A EP21749087 A EP 21749087A EP 4205264 A1 EP4205264 A1 EP 4205264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
leaf spring
electrical
electrical machine
spring element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21749087.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Reimnitz
Ivo Agner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4205264A1 publication Critical patent/EP4205264A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine arrangement, comprising an electrical machine for driving an electrically drivable motor vehicle, having a stator and a rotor, and an output element which is in non-rotatable contact with the rotor.
  • the object of the present invention is to provide an electrical machine arrangement with an electrical machine that ensures a design that saves as much space as possible.
  • the electric Machine arrangement can also be improved with a view to the electrical connections of the stator windings.
  • An electrical machine arrangement comprises an electrical machine for driving an electrically drivable motor vehicle, having a stator and a rotor, and an output element which is in non-rotatable contact with the rotor.
  • at least one leaf spring element is arranged between a peripheral connection point of the stator or of a stator housing and a component supporting the stator, with the leaf spring element being designed as a current conductor in order to provide the electrical contact to at least one of the winding connections of the stator.
  • stator winding ends in 3-phase three-phase machines first have to be brought together at a central point in a complex, structurally complex manner in order to be able to be supplied with electricity there by means of a central supply connection
  • stator winding ends according to the invention can essentially be connected locally to power supply connections (The leaf spring elements that can be arranged distributed around the circumference) are connected where they get along or end circumferentially at the end of the respective stator winding.
  • Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged movably relative to the stationary part.
  • a radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines extend in the radial direction in the air gap formed between rotor and stator, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines extend in the axial direction in the air gap formed between rotor and stator.
  • the housing encloses the electrical machine.
  • a housing can also accommodate the control and power electronics.
  • the housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the electric machine via the housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • the housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences.
  • the stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low. Distributed over the circumference, grooves or peripherally closed recesses are let into the electrical lamination running parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface the slots can be closed with locking elements, such as locking wedges or covers or the like, in order to prevent the stator winding from becoming detached.
  • a rotor is the spinning (rotating) part of an electrical machine.
  • the rotor comprises a rotor shaft and one or more rotor bodies arranged so as to rotate on the rotor shaft.
  • the rotor shaft can also be hollow, which on the one hand saves weight and on the other hand allows lubricant or coolant to be supplied to the rotor body. If the rotor shaft is hollow, components, for example shafts, from adjacent units can protrude into the rotor or through the rotor without negatively affecting the functioning of the electrical machine.
  • the gap between the rotor and the stator is called the air gap.
  • a radial flux machine this is an axially extending annular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • the magnetic flux in an electrical axial flux machine such as an electrical drive machine of a motor vehicle designed as an axial flux machine, is directed axially in the air gap between the stator and rotor, parallel to the axis of rotation of the electrical machine.
  • the air gap that is formed in an axial flow machine is thus essentially in the form of a ring disk.
  • the magnetic flux in an electrical axial flux machine is directed axially in the air gap between the stator and rotor, parallel to the axis of rotation of the electrical machine.
  • Axial flow machines are differentiated, among other things, with a view to their expansion into axial flow machines in an I arrangement and axial flow machines in an H arrangement.
  • An axial flux machine in an I-arrangement is understood as meaning an electrical machine in which a single rotor disk of the electrical machine is arranged between two stator halves of a stator of the electrical machine and can be acted upon by a rotary electromagnetic field via these.
  • An axial flux machine in an H arrangement is understood to be an electrical machine in which of the two rotor disks of a rotor of the electrical machine in the annular space located axially between them receive a stator of the electrical machine, via which a stator of the electrical machine can be applied to the two rotor disks.
  • the two rotor disks of an electrical machine in an H arrangement are mechanically connected to one another. This usually takes place via a shaft or a shaft-like connecting element, which protrudes radially inward (radially inside the magnets of the electrical machine) through the stator and connects the two rotor disks to one another radially inward.
  • a special form of the H-arrangement is represented by electrical machines whose two rotor disks are connected to one another radially on the outside (radially outside of the magnets of the electrical machine). The stator of this electrical machine is then fastened radially on the inside (usually on one side) to a component that supports the electrical machine.
  • This special form of the H arrangement is also known as the J arrangement.
  • the at least one leaf spring element is designed as a leaf spring package, comprising a plurality of individual leaf springs.
  • the electrical connection of the stator winding ends to a corresponding power supply can be further improved.
  • an elasticity acting in the axial direction can be improved or set in an improved manner due to the design as a leaf spring assembly.
  • the at least one leaf spring element is insulated at least in regions with respect to its outer surfaces by electrical insulating means.
  • the electrical insulating means are advantageously designed as rubber bellows enveloping the leaf spring element.
  • Such a rubber bellows can effectively ensure the insulation of the leaf spring element and at the same time prevent contamination of the connection points of the leaf spring element.
  • the assembly of the leaf spring elements is not adversely affected by such a bellows-like rubber bellows.
  • insulating washers which essentially simulate the shape of a single leaf spring and, moreover, an angled one Cover the area of the leaf spring element or the leaf spring assembly laterally with insulation. A corresponding insulating disk would then be placed in a leaf spring package in front of the first individual leaf spring and after the last individual leaf spring.
  • the at least one leaf spring element is connected to the stator on the stator side via a non-positive and/or positive connection, in particular by a screw or rivet connection.
  • the means used to produce the non-positive and/or positive connection are designed to be electrically conductive in order to be able to ensure electrical contact beyond this connection point.
  • the advantageous effect of this configuration is based on the fact that the leaf spring element can be securely fastened on the one hand and, on the other hand, always ensures reliable electrical contact even if a small amount of mobility is permitted in the circumferential direction.
  • the end of the at least one leaf spring element facing away from the stator is electrically conductively connected to a fastening element for fastening via a non-positive and/or positive connection, in particular by a screw or rivet connection the component supporting the stator, in particular to the housing of the electrical machine, is connected.
  • the invention can also be further developed in such a way that the fastening element has a busbar section or a connection point for connection to a power supply supplying the electrical machine.
  • a secure connection and routing of the power connection point can be ensured in a simple manner in terms of production technology, in particular by a one-piece design of the fastening element and busbar section.
  • the component supporting the stator were to be designed as a metal housing of the electrical machine, such insulation would be necessary and would be solved in a structurally simple and cost-effective manner by integration into the fastening element.
  • the electrical insulating means of the fastening element are formed in that the fastening element is made of plastic and has an electrically conductive metal insert for a fastening screw for the mechanical and electrical connection of the leaf spring element to an electrical supply line.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that the at least one leaf spring element is designed as an axially elastic length compensation element, such that the at least one leaf spring element supports the stator in the direction of rotation and at the same time is connected to the component supporting the stator in an axially movable manner in relation to the latter.
  • the leaf spring element can take on a dual function by firstly taking over the electrical contacting of the stator windings or the power supply to the stator windings and secondly by the electrical machine in the axial direction, in a defined Position, moveably stored.
  • the component supporting the stator is particularly preferably designed as a housing of the electrical machine.
  • Figure 1 shows an electric axial flow machine in an I arrangement with a torque support via leaf spring elements, a power supply via leaf spring elements and a coolant supply via movably mounted conduits in a perspective view
  • FIG. 2 shows the electric axial flux machine according to FIG.
  • FIG. 3 shows the electrical axial flow machine according to FIG. 1 in a further perspective partial view with isolated partial sectional representations in the region of the stator-side connection of a leaf spring element and in the area of the leaf spring element itself, and
  • FIG. 4 shows the electrical axial flow machine according to FIG. 1 in a further perspective partial view with a partial sectional representation in the area of the housing-side connection of a leaf spring element, in a schematic representation.
  • Figure 1 shows an electric machine 2 designed as an electric axial flow machine in an I-arrangement with a torque support via three leaf spring elements 84 distributed evenly around the circumference and connected to the stator 3, a power supply via leaf spring elements 84 and a coolant supply 20 via movably mounted conduits 21, 22 in a perspective view.
  • the electrical machine arrangement 1 shown comprises an electrical machine 2 with a stator 3 and a rotor 4, the stator 3 having three leaf spring elements 84 distributed around the circumference, each of which has a fastening element 842 at its end remote from the stator 3 can be fastened to a stationary component 6 supporting the stator 3 .
  • the rotor 4 cannot be seen in this view, since the rotor disk is arranged inside the stator 3 between two stator disks of the stator 3 .
  • the leaf spring elements 84 shown are designed as current conductors in order to ensure electrical contact with the winding connections inside the stator 3 .
  • An output shaft 100 protrudes centrally from the center of the stator 3 and is connected to the rotor 4 in a rotationally fixed manner inside the stator.
  • two line pipes 21, 22 of a coolant supply are shown in the upper right area of the illustration.
  • the conduits 21 , 22 are arranged on the stator 3 in such a way that, on the one hand, there is little mobility in the axial direction of the conduits 21 , 22 and also in the axial direction of the output shaft 100 .
  • each of the leaf spring elements 84 is connected to the stator 3 on the stator side via a screw or rivet connection.
  • each of the leaf spring elements 84 is also electrically conductively connected to a fastening element 842 via a screw or rivet connection, with each of the leaf spring elements 84 by means of its fastening element 842 can each be fastened to the housing 7 of the electrical machine 2, not shown here.
  • Fastening element 842 has a busbar section 843 for connection to a power supply (not shown here) that supplies electrical machine 2 .
  • FIG. 2 shows the electrical axial flow machine according to FIG. 1 in a perspective partial view with individual partial sectional views in the area of the stator-side and housing-side connection of a leaf spring element 84.
  • the leaf spring element 84 is connected to the stator 3 via a rivet connection on the stator side.
  • the stator 3 has a mounting ring 31 made of plastic around the circumference, which in the area of the connection points for the leaf spring elements 84 has a mounting block 32 made of metal, for example, and provided with a through hole for the mounting rivet.
  • FIG. 3 clearly shows how an electrical connection contact 33 for connecting the ends of the stator winding branches off from the fastening block 32 into the interior of the stator 3 .
  • FIG. 3 clearly shows how an electrical connection contact 33 for connecting the ends of the stator winding branches off from the fastening block 32 into the interior of the stator 3 .
  • FIG. 3 clearly shows how an electrical connection contact 33 for connecting the ends of the stator winding branches off from the fastening block 32 into
  • the leaf spring element 84 can be connected to the housing 7 of the electrical machine 2 via the connected fastening element 842 .
  • the leaf spring element 84 is designed as a leaf spring pack with a total of three individual leaf springs 840 .
  • the leaf spring assembly is connected to a fastening element 842 via a further rivet connection, the fastening element having a busbar section 843 which, as can be seen clearly in FIG.
  • insulating inserts are let into the housing 7, which have an insulating collar towards the screw insertion end in order to electrically separate the housing 7 from the fastening element in the form of an insulating washer.
  • FIG. 3 shows the electrical axial flux machine according to FIG schematically indicated how the rotor disk of the rotor 4 is arranged in the sense of an I arrangement between two stator halves of the stator 3.
  • the structure of a leaf spring assembly made up of individual leaf springs 840 can be seen in this illustration, which is electrically insulated from the outside by means of an insulating element 841 designed as a rubber bellows-like rubber bellows.
  • FIG. 4 shows the electrical axial flow machine according to FIG. 1 in a further perspective partial view with a partial sectional representation in the area of the housing-side connection of a leaf spring element, in a schematic representation.
  • the fastening element 842 has electrical insulating means which are designed in such a way that electrical insulation between the leaf spring element 84 and the component 6 supporting the stator 3, the housing 7 of the electrical machine 2, is ensured.
  • electrical insulating means are present between the leaf spring element 84 and the attachment point 5, which in the illustrated embodiment are formed in that the attachment element 842 itself is made of plastic.
  • an electrically conductive metal insert 8420 for a fastening screw or a fastening rivet is provided inside the fastening element 842 .
  • the mechanical and electrical connection of the leaf spring element 84 to an electrical supply line 20 then takes place via these.
  • the electrical machine 2 can be aligned in a simple manner by screwing or riveting between the leaf spring element 84 and the fastening element 842 and by screwing or riveting between the fastening element 842 and the housing 7 of the electrical machine 2 due to the construction described.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschinenanordnung (1), umfassend eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und mit einem Rotor (4), wobei gemäß der Erfindung das zwischen einer umfänglichen Anbindungsstelle des Stators (3) und einer den Stator (3) abstützenden Komponente (6) zumindest ein Blattfederelement (84) angeordnet ist, welches als Stromleiter ausgebildet ist, um den elektrischen Kontakt zu zumindest einem der Wicklungsanschlüsse des Stators (3) bereitzustellen.

Description

Elektrische Maschinenanordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschinenanordnung, umfassend eine elektrische Maschine, für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und mit einem Rotor sowie ein in drehfestem Kontakt mit dem Rotor stehendes Abtriebselement.
Bei Elektromotoren kommt es auf eine sehr genaue Ausrichtung der vom Magnetfeld durchströmten Teile an, da bereits geringe Positionsabweichungen der Teile untereinander den magnetischen Fluss (beispielsweise durch veränderte Luftspalte) nennenswert beeinflussen können. Daher ist es wichtig die mechanische Struktur des Elektromotors ausreichend robust zu gestalten, um die notwendige exakte Ausrichtung der elektrischen oder magnetischen Teile sicherzustellen. Bei der Ausgestaltung des Rotors und des Stators ist es daher wichtig, dass diese Komponenten weder durch vom Motor selbst hervorgerufene Kräfte noch durch von außen auf den Motor einwirkende Belastungen, oder durch Trägheitskräfte, wie insbesondre die auf den Rotor wirkende Fliehkraft, unzulässig stark verformt werden. Darüber hinaus muss auch die Lagerung des Rotors ausreichend steif sein, um die exakte Ausrichtung von Rotor und Stator zu gewährleisten.
Die Notwendigkeit, die Struktur des Elektromotors besonders steif zu gestalten, steht in der praktischen Ausgestaltung von Elektromotoren für Kraftfahrzeuge häufig im Widerspruch zu den im Fahrzeugbau immer bestehenden Anforderungen nach kompakter Bauweise, geringem Gewicht, hoher Leistungsdichte und geringen Kosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrischen Maschinenanordnung mit einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die einen möglichst bauraumsparenden Aufbau gewährleistet. Mit Vorteil soll die elektrische Maschinenanordnung auch mit Blick auf die elektrischen Anschlüsse der Statorwicklungen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Eine erfindungsgemäße elektrische Maschinenanordnung umfasst eine elektrische Maschine für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und mit einem Rotor sowie ein in drehfestem Kontakt mit dem Rotor stehendes Abtriebselement. Gemäß der Erfindung ist zwischen einer umfänglichen Anbindungsstelle des Stators oder eines Statorgehäuses und einer den Stator abstützenden Komponente ist dabei zumindest ein Blattfederelement angeordnet, wobei das Blattfederelement als Stromleiter ausgebildet ist, um den elektrischen Kontakt zu zumindest einem der Wicklungsanschlüsse des Stators bereitzustellen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die elektrische Anbindung der Statorwicklungsenden konstruktiv vereinfacht ist. Während in bekannten elektrischen Maschinen die Statorwicklungsenden bei 3- Phasen-Drehstrommaschinen erst umfänglich konstruktiv aufwändig an eine zentrale Stelle zusammengeführt werden müssen, um dort mittels eines zentralen Versorgungsanschlusses mit Strom versorgt werden zu können, können die Statorwicklungsenden gemäß der Erfindung im Wesentlichen örtlich dort an Stromversorgungsanschlüsse (die umfänglich verteilt anordenbaren Blattfederelemente) angebunden werden, wo sie umfänglich am Ende der jeweiligen Statorwicklung auskommen bzw. enden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz oder nach ihrer Relevanz im Hinblick auf die Erfindung erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
Das Gehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Gehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Gehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine sein und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Gehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden kann und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Gehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Insbesondere wird von einem Rotor gesprochen, wenn es auch einen Stator gibt. Der Rotor umfasst in der Regel eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehtest auf der Rotorwelle angeordnete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann auch hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Wenn die Rotorwelle hohl ausgeführt ist, können auch Bauteile, beispielsweise Wellen, von benachbarten Aggregaten in den Rotor hinein oder durch den Rotor hindurch ragen, ohne die Funktionsweise der elektrischen Maschine negativ zu beeinflussen.
Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein sich axial erstreckender kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine, wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial, parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine gerichtet. Der gebildete Luftspalt bei einer Axialflussmaschine ist somit im Wesentlichen ringscheibenförmig ausgebildet.
Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine, wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial, parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine gerichtet. Axialflussmaschinen werden unter anderem mit Blick auf Ihren Ausbau unterschieden in Axialflussmaschinen in I-Anordnung und in Axialflussmaschinen in H-Anordnung. Unter einer Axialflussmaschine in I-Anordnung wird eine elektrische Maschine verstanden, bei der eine einzelne Rotorscheibe der elektrischen Maschine zwischen zwei Statorhälften eines Stators der elektrischen Maschine angeordnet und über diese mit einem elektromagnetischen Drehfeld beaufschlagbar ist. Unter einer Axialflussmaschine in H-Anordnung wird eine elektrische Maschine verstanden, bei der zwei Rotorscheiben eines Rotors der elektrischen Maschine in dem axial zwischen sich befindlichen Ringraum einen Stator der elektrischen Maschine aufnehmen, über den die beiden Rotorscheiben mit einem elektromagnetischen Drehfeld beaufschlagbar sind. Die beiden Rotorscheiben einer elektrischen Maschine in H-Anordnung sind mechanisch miteinander verbunden. Dies erfolgt meistens über eine Welle oder ein wellenähnliches Verbindungselement, das radial innen (radial innerhalb der Magnete der elektrischen Maschine) durch den Stator hindurchragt und die beiden Rotorscheiben radial innen miteinander verbindet. Eine Sonderform der H-Anordnung stellen elektrische Maschinen da, deren beide Rotorscheiben radial außen (radial außerhalb der Magnete der elektrischen Maschine) miteinander verbunden sind. Der Stator dieser elektrischen Maschine wird dann radial innen (meisten einseitig) an einer die elektrische Maschine abstützenden Komponente befestigt. Diese Sonderform der H-Anordnung wird auch als J-Anordnung bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Blattfederelement als Blattfederpaket, umfassend eine Mehrzahl von Einzelblattfedern, ausgebildet ist. Hierdurch kann die elektrische Anbindung der Statorwicklungsenden an eine entsprechende Stromversorgung weiter verbessert werden. Darüber hinaus kann durch die Ausbildung als Blattfederpaket eine in axialer Richtung wirkende Elastizität verbessert werden bzw. verbessert eingestellt werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das zumindest eine Blattfederelement über elektrische Isoliermittel bezüglich seiner Außenflächen zumindest bereichsweise isoliert ist. Mit Vorteil sind hierfür die elektrischen Isoliermittel als das Blattfederelement umhüllender Gummibalg ausgebildet. Durch einen derartige Gummibalg kann effektiv die Isolierung des Blattfederelement gewährleistet werden und zugleich eine Verschmutzung der Anschlussstellen des Blattfederelements verhindert werden. Zugleich wird durch einen solchen faltenbalgähnlichen Gummibalg die Montage der Blattfederelemente nicht negativ beeinträchtigt. Alternativ wäre auch denkbar die Isolierung durch Isolierscheiben vorzusehen, welche im Wesentlichen die Form einer Einzelblattfeder nachbilden und die darüber hinaus über einen abgewinkelten Bereich das Blattfederelement oder das Blattfederpaket seitlich isolierend abdecken. Dabei wäre dann in einem Blattfederpaket jeweils vor der ersten Einzelblattfeder und nach der letzten Einzelblattfeder eine entsprechende Isolierscheibe aufgelegt.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Blattfederelement statorseitig über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schraub- oder Nietverbindung, an den Stator angebunden ist. Dabei sind die Mittel, die zur Herstellung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung verwendet werden elektrisch leitend ausgebildet, um die elektrische Kontaktierung über diese Verbindungsstellehinaus gewährleisten zu können. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass das Blattfederelement zum einen sicher befestigbar ist und zum anderen selbst unter Zulassung einer geringen Beweglichkeit in Umfangsrichtung stets eine sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das zumindest eine Blattfederelement an seinem dem Stator abgekehrten Ende über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schraub- oder Nietverbindung, elektrisch leitend an ein Befestigungselement zur Befestigung an der den Stator abstützenden Komponente, insbesondere an dem Gehäuse der elektrischen Maschine, angebunden ist. Auch hierdurch werden die gleichen Vorteile, wie sie vorstehend zu der anderendigen Kontaktstelle eines Blattfederelements ausgeführt sind, erreicht.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Befestigungselement einen Stromschienenabschnitt oder eine Anschlussstelle zur Anbindung an eine die elektrische Maschine versorgenden Stromversorgung aufweist. Insbesondere durch eine einteilige Ausgestaltung von Befestigungselement und Stromschienenabschnitt, kann herstellungstechnisch auf einfache Weise eine sichere Anbindung und Verlegung der Stromanschlussstelle gewährleistet werden. ln einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Befestigungselement elektrische Isoliermittel aufweist, die derart ausgebildet sind, dass eine elektrische Isolierung zwischen Blattfederelement und der den Stator abstützenden Komponente gewährleistet ist, zwischen dem Blattfederelement und der Befestigungsstelle elektrische Isoliermittel vorhanden sind. Insbesondere für den Fall, dass die den Stator abstützende Komponente als Metallgehäuse der elektrischen Maschine ausgebildet sein sollte, wäre eine derartige Isolierung notwendig und durch Integration in das Befestigungselement konstruktiv einfach und kostengünstig gelöst.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die elektrischen Isoliermittel des Befestigungselements dadurch gebildet sind, dass das Befestigungselement aus Kunstsoff gebildet ist und einen elektrisch leitenden Mettalleinsatz für eine Befestigungsschraube zur mechanischen und elektrischen Anbindung des Blattfederelements an eine elektrische Versorgungsleitung aufweist. Hierdurch wird eine sehr funktionssichere, kostengünstige und bauraumsparende Lösung für eine entsprechende Isolierung bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass an den Stator drei umfänglich insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Blattfederelemente angebunden sind, wodurch eine für eine 3-Phasen-Drehstrommaschine optimierte elektrische Anbindung der Statorwicklungsenden gewährleistet ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das zumindest eine Blattfederelement als axialelastisches Längenausgleichselement ausgebildet ist, derart, dass über das zumindest eine Blattfederelement der Stator in Rotationsrichtung abgestützt und zugleich axialbeweglich gegenüber der den Stator abstützenden Komponente an dieser angebunden ist. Hierdurch kann das Blattfederelement eine Doppelfunktion übernehmen, indem es zum einen die elektrische Kontaktierung der Statorwicklungen bzw. die Stromzufuhr zu den Statorwicklungen übernimmt und indem es zum anderen die elektrische Maschine in axialer Richtung, in definierter Position, beweglich lagert.
Besonders bevorzugt ist die den Stator abstützende Komponente als ein Gehäuse der elektrischen Maschine ausgebildet.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
Es zeigen:
Figur 1 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung mit einer Drehmomentabstützung über Blattfederelemente, einer Stromzuführung über Blattfederelemente und einer Kühlmittelzuführung über beweglich montierte Leitungsrohre in perspektivischer Darstellung,
Figur 2 die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Teilansicht mit vereinzelten Teilschnittdarstellungen im Bereich der statorseitigen und der gehäuseseitigen Anbindung eines Blattfederelements,
Figur 3 die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht mit vereinzelten Teilschnittdarstellungen im Bereich der statorseitigen Anbindung eines Blattfederelements sowie im Bereich des Blattfederelements selbst, und
Figur 4 die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht mit einer Teilschnittdarstellung im Bereich der gehäuseseitigen Anbindung eines Blattfederelements, in schematischer Darstellung.
Die Figur 1 zeigt eine als elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung ausgebildete elektrische Maschine 2 mit einer Drehmomentabstützung über drei umfänglich gleichmäßig verteilt angeordnete und an den Stator 3 angebundene Blattfederelemente 84, einer Stromzuführung über Blattfederelemente 84 und einer Kühlmittelzuführung 20 über beweglich montierte Leitungsrohre 21 , 22 in einer perspektivischen Darstellung. Die gezeigte elektrische Maschinenanordnung 1 umfasst dabei eine elektrische Maschine 2 mit einem Stator 3 und mit einem Rotor 4, wobei der Stator 3 über drei umfänglich verteilt angeordnete Blattfederelemente 84, die an ihren dem Stator 3 abgekehrten Ende jeweils ein Befestigungselement 842 aufweisen, über welches sie an eine den Stator 3 abstützende ortsfeste Komponente 6 befestigbar sind. Der Rotor 4 ist in dieser Ansicht nicht erkennbar, da die Rotorscheibe im inneren des Stators 3 zwischen zwei Statorscheiben des Stators 3 angeordnet ist. Die gezeigten Blattfederelemente 84 sind als Stromleiter ausgebildet, um den elektrischen Kontakt zu den Wicklungsanschlüsse im Inneren des Stators 3 zu gewährleisten. Zentral, aus der Mitte des Stators 3 ragt eine Abtriebswelle 100 heraus, welche im Inneren des Stators mit dem Rotor 4 drehfest verbunden ist. Darüber hinaus sind im oberen rechten Bereich der Darstellung zwei Leitungsrohre 21 , 22 einer Kühlmittelversorgung gezeigt. Die Leitungsrohre 21 , 22 sind dabei am Stator 3 derart angeordnet, dass zum einen eine geringe Beweglichkeit in axialer Richtung der Leitungsrohre 21 , 22 als auch in axialer Richtung der Abtriebswelle 100 ermöglicht ist. Wie der Figur 1 ebenfalls zu entnehmen ist, sind die Blattfederelemente 84 statorseitig über eine Schraub- oder Nietverbindung, an den Stator 3 angebunden. An seinem dem Stator 3 abgekehrten Ende ist jedes der Blattfederelemente 84 ebenfalls über eine Schraub- oder Nietverbindung elektrisch leitend an ein Befestigungselement 842 angebunden, wobei jedes der Blattfederelemente 84 mittels seines Besfestigungselements 842 jeweils an dem hier nicht gezeigten Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2 befestigbar ist. Das Befestigungselement 842 weist einen Stromschienenabschnitt 843 zur Anbindung an eine, hier nicht gezeigte, die elektrische Maschine 2 versorgende Stromversorgung auf.
Figur 2 zeigt die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Teilansicht mit vereinzelten Teilschnittdarstellungen im Bereich der statorseitigen und der gehäuseseitigen Anbindung eines Blattfederelements 84. Hier ist gut zu erkennen, dass das Blattfederelement 84 statorseitig über eine Nietverbindung an den Stator 3 angebunden ist. Dabei weist der Stator 3 umfänglich einen aus Kunststoff gebildeten Befestigungskranz 31 auf, der im Bereich der Anbindungsstellen für die Blattfederelemente 84 in seinem Inneren einen beispielsweise aus Metall gebildeten, mit einer Durchgangsbohrung für den Befestigungsniet versehenen, Befestigungsblock 32 auf. In Figur 3 ist gut erkennbar, wie vom Befestigungsblock 32 aus ein elektrischer Anschlusskontakt 33 für den Anschluss der Statorwicklungsenden ins Innere des Stators 3 abzweigt. Darüber hinaus ist in Figur 2 gut erkennbar, wie das Blattfederelement 84 über das angebundene Befestigungselement 842 an das Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2 anbindbar ist. Dabei ist das Blattfederelement 84 als Blattfederpakte mit insgesamt drei Einzelblattfedern 840 ausgebildet. Gehäuseseitig ist das Blattfederpaket über eine weitere Nietverbindung an ein Befestigungselement 842 angebunden, wobei das Befestigungselement einen Stromschienenabschnitt 843 aufweist, der wie in Figur 1 gut zu erkennen ist, umfänglich umfänglich als Blechbogenabschnitt an eine Zentralstelle für die Versorgungsanschlüsse geführt sein kann. Um die elektrische Isolierung zwischen Befestigungselement 842 und metallischem Gehäuse 7 zu gewährleisten, sind in das Gehäuse 7 Isoliereinsätze eingelassen, die zu dem Schrauben-Einführende einen Isolierbund aufweisen, um das Gehäuse 7 vom Befestigungselement in Form einer Isolier-Unterlegscheibe elektrisch zu trennen.
Figur 3 zeigt die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht mit einer Teilschnittdarstellung im Bereich der statorseitigen Anbindung eines Blattfederelements 84 sowie mit einer Teilschnittdarstellung im Bereich des Blattfederelements 84 selbst. Hier ist schematisch angedeutet, wie die Rotorscheibe des Rotors 4 im Sinne einer I- Anordnung zwischen zwei Statorhälften des Stators 3 angeordnet ist. Darüber hinaus ist in dieser Darstellung der Aufbau eines aus Einzelblattfedern 840 aufgebauten Blattfederpakets erkennbar, welches mittels eines als federbalgartiger Gummibalg ausgebildeten Isolierelements 841 nach außen hin elektrisch isoliert ist.
Figur 4 zeigt die elektrische Axialflussmaschine gemäß Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht mit einer Teilschnittdarstellung im Bereich der gehäuseseitigen Anbindung eines Blattfederelements, in schematischer Darstellung. Das Befestigungselement 842 weist elektrische Isoliermittel auf, die derart ausgebildet sind, dass eine elektrische Isolierung zwischen Blattfederelement 84 und der den Stator 3 abstützenden Komponente 6, dem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2, gewährleistet ist. Dafür sind zwischen dem Blattfederelement 84 und der Befestigungsstelle 5 elektrische Isoliermittel vorhanden, die in der dargestellten Ausführungsform dadurch gebildet sind, dass das Befestigungselement 842 selbst aus Kunstsoff gebildet ist. Um dennoch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Blattfederelement 84 und den elektrischen Anschlussmitteln einer Stromversorgung zu realisieren, ist im Inneren des Befestigungselements 842 ein elektrisch leitender Mettalleinsatz 8420 für eine Befestigungsschraube oder einen Befestigungsniet vorgesehen. Über diese(n) erfolgt dann die mechanische und elektrische Anbindung des Blattfederelements 84 an eine elektrische Versorgungsleitung 20.
Die elektrische Maschine 2 kann durch die beschriebene Konstruktion auf einfache Weise durch die Verschraubung bzw. Vernietung zwischen Blattfederelement 84 und Befestigungselement 842 sowie durch die Verschraubung bzw. Vernietung zwischen Befestigungselement 842 und dem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2 ausgerichtet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Elektrische Maschinenanordnung
2 Elektrische Maschine
3 Stator
31 Befestigungskranz
32 Befestigungsblock
4 Rotor
6 (den Stator) abstützende Komponente
7 Gehäuse (elektrische Maschine)
84 Blattfederelement
840 Einzelblattfedern
841 elektrische Isoliermittel
842 Befestigungselement
843 Stromschienenabschnitt
8420 Metalleinsatz
10 Verbindung (statorseitige Anbindung des Blattfederelements)
11 Verbindung (gehäuseseitige Anbindung des Blattfederelements)
20 Kühlmittelzuführung
21 Leitungsrohr (Kühlmittel)
22 Leitungsrohr (Kühlmittel)
30 elektrische Versorgungsleitung
100 Abtriebswelle

Claims

Ansprüche Elektrische Maschinenanordnung (1 ), umfassend
- eine elektrische Maschine (2) für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (3) und mit einem Rotor (4), dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen einer umfänglichen Anbindungsstelle des Stators (3) und einer den Stator (3) abstützenden Komponente (6) zumindest ein Blattfederelement (84) angeordnet ist, wobei das Blattfederelement (84) als Stromleiter ausgebildet ist, um den elektrischen Kontakt zu zumindest einem der Wicklungsanschlüsse des Stators (3) bereitzustellen. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Blattfederelement (84) als Blattfederpaket, umfassend eine Mehrzahl von Einzelblattfedern (840), ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Blattfederelement (84) über elektrische Isoliermittel (841 ) bezüglich seiner Außenflächen zumindest bereichsweise isoliert ist, wobei die elektrischen Isoliermittel insbesondere als das Blattfederelement umhüllender Gummibalg ausgebildet sind. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Blattfederelement (84) statorseitig über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (10), insbesondere durch eine Schraub- oder Nietverbindung, an den Stator (3) angebunden ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Blattfederelement (84) an seinem dem Stator (3) abgekehrten Ende über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (11 ), insbesondere durch eine Schraub- oder Nietverbindung, elektrisch leitend an ein Befestigungselement (842) zur Befestigung an der den Stator (3) abstützenden Komponente (6), insbesondere an dem Gehäuse (7) der elektrischen Maschine (2), angebunden ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (842) einen Stromschienenabschnitt (843) oder eine Anschlussstelle zur Anbindung an eine die elektrische Maschine (2) versorgenden Stromversorgung aufweist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (842) elektrische Isoliermittel aufweist, die derart ausgebildet sind, dass eine elektrische Isolierung zwischen Blattfederelement (84) und der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) gewährleistet ist, zwischen dem Blattfederelement (84) und der Befestigungsstelle (5) elektrische Isoliermittel vorhanden sind. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Isoliermittel des Befestigungselements (842) dadurch gebildet sind, dass das Befestigungselement (842) aus Kunstsoff gebildet ist und einen elektrisch leitenden Mettalleinsatz (8420) für eine Befestigungsschraube zur mechanischen und elektrischen Anbindung des Blattfederelements (84) an eine elektrische Versorgungsleitung (100) aufweist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stator (3) drei umfänglich insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Blattfederelemente (84) angebunden sind. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, - 16 - dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Blattfederelement (84) als axialelastisches Längenausgleichselement ausgebildet ist, derart, dass über das zumindest eine Blattfederelement (84) der Stator (3) in Rotationsrichtung abgestützt und zugleich axialbeweglich gegenüber der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) an dieser angebunden ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stator (3) abstützende Komponente (6) als ein Gehäuse (7) der elektrischen Maschine (2) ausgebildet ist.
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